黒鉛が電気をよく通す理由

質問

よろしくお願いします

「ダイヤモンドには塩基伝導性はないが、黒鉛は電気をよく通す。この性質の違いを、構造の違いから、説明せよ。」

答えは、
「ダイヤモンドは、価電子がすべて共有結合に使われているので、電位の不動態である。黒鉛は、炭素原子の価電子のうち一個は、平面構造にそって動くことができるので電気をよく通す。」

とあります。私はこの文の
「平面構造にそって動くことができるので電気をよく通す。」
というところがよくわからなかったのですが、
平面構造とは、横方向ということですよね。？
層と層の間は自由電子は動かないですよね。←確認ですが…。
層と層の間は弱いクーロン力でひっぱりあっているのですよね？

では、どうして電気をよく通すのでしょうか。
自分は、今まで、層と層の間を自由電子が動き回るとか思っていたのですが…

よろしくお願いします。

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回答No.4

potachie

黒鉛の場合、完全な単結晶になっているわけではなくて、小さな結晶を押し固めたものなので、層と層が接している部分がけっこうできていると、考えると理解しやすいでしょうか？
例えば、ガラス管も、長く大きなものなら、管の中だけ水を通すことができますが、ごくごく短い管が大量に集まった固まりの状態なら、水はだだ漏れになりますよね。それと似た話です。

お礼

ありがとうございます。
でも、本の話も例もどちらもよくわかりませんでした。すいいません。

回答No.3

ORUKA1951

No.2 ORUKA1951です。
もう一枚図をあげておきます。

回答No.2

ORUKA1951

これは、波動関数を学ばないと理解しにくい部分です。
炭素原子の電子構造は[He]2s2 2p2で示され、結合にはいくつかの方法があります。
　ダイヤモンドはsp^3混成軌道と呼ばれる正四面体の頂点に向かう４つの結合軸。ベンゼンやグラファイトは、sp^2混成軌道とひとつのp軌道、アセチレンはsp混成軌道と二つのp軌道による結合です。そのため、ベンゼンやグラファイトは平面上に炭素が配列しています。(これはsp^3では説明できない)
　p軌道は隣の原子とπ結合と呼ばれる結合を行いますが、π結合は二つの原子を結ぶ軸上に電子が拘束されているσ結合と異なり、電子が移動できます。

　添付の図は、炭素の結合方法ですが、ダイヤモンドや飽和脂肪酸などはsp^3で結合していますし、ベンゼンやグラファイトはsp^2で平面構造をしていてπ結合をもつためその範囲内では電子は自由に動けます。アセチレンは直線分子なのもこれでわかる。

　グラファイトはベンゼンが延々と連なっているため一枚の平面構造の両サイドがπ結合でサンドイッチされた形のため、層に平行な方向には導電性が現れます。

回答No.1

pop_eye

「層と層の間を自由電子が動き回る」は誤りです。

黒鉛のいわゆる「グラファイト構造」は、Webで検索するとすぐに絵が出ます。

この1枚がグラファイトシートが平面構造で、横方向はシートに沿った方向です。
このシートは弱いファンデルワールス力で重ねられているいます。
はがれやすいので、鉛筆の芯として役に立ってます。

6角形の各頂点に炭素がいます。
各炭素にはsp3混成軌道にある4つの核外電子が結合に関与します。

3つは1重の共有結合（σ結合）で、このため、手は3本で6角構造になります。
もう1つが2重結合（π結合）で、このπ電子が面内を自由に動けるので電気を通します。

隣のシートが近いと、面間でも電子移動が出来るので、面と垂直方向にも通電できます。
接近したシートの間に電子はいますが、あくまでもシートからは離れらません。

このシートをクルッと巻くとカーボンナノチューブになって、導体です。

お礼

ありがとうございます。

シグマ結合とかは今の課程では習わないのでよくわかりませんでした。